Kuvvet temas gerektiren ve temas gerektirmeyen olarak ikiye ayrılabilir. Temas kuvvetleri maddelerin yan yana gelen moleküllerinin birbirine itme kuvveti uygulaması ile oluşur. Titreşen gaz moleküllerinin kabın iç yüzeyine uyguladığı basınç kuvveti, suda yüzen tekneye suyun uyguladığı kaldırma kuvveti, uçan bir uçağa havanın uyguladığı kaldırma kuvveti örnek verilebilir. İki cismin birbirine dokunmadan etkileşimine ise mıknatısın metali çekmesi veya itmesi gezegenimizin Ay’ı kendi etrafında tutması örnek olarak verilebilir.
Kuvvet Nedir?
Bir cismin hareketini, yönünü, şeklini ve hızını değiştirebilen etkiye kuvvet denir.
- Kuvvet vektörel bir büyüklüktür.
- ile gösterilir.
- Birimi Newton‘dır(N).
- Dinamometre ile ölçülür.
Kuvvet, temas gerektiren kuvvetler ve temas gerektirmeyen kuvvetler olarak 2 sınıfta incelenir.
Temas gerektiren kuvvetler;
- Akışkanların kaldırma kuvveti
- İtme kuvveti
- Çekme kuvveti
- Kas kuvveti
- Rüzgar kuvveti
- Buhar kuvveti
- Sürtünme kuvveti
- Hava direnci
Temas gerektirmeyen kuvvetler;
- Manyetik kuvvet
- Elektriksel kuvvet
- Kütle çekim kuvveti
- Atom çekirdeğindeki nükleer kuvvetler
Doğadaki Temel Kuvvetler
Kütle çekim kuvveti, elektriksel kuvvet, güçlü nükleer kuvvet (çekirdek kuvveti) ve zayıf nükleer kuvvet olmak üzere dört temel kuvvet vardır. Basınç kuvveti, sürtünme kuvveti, kaldırma kuvveti gibi diğer kuvvet türleri bu temel büyüklüklerden türetilir.
Kütle Çekim Kuvveti
İki kütlenin birbirine uyguladığı eşit büyüklükte ve zıt yönlü kuvvete çekim kuvveti denir. Genel çekim kanunu da denmektedir. Bu kuvvet doğadaki en zayıf kuvvettir. Büyüklüğü cisimlerin kütlelerin çarpımı ile doğru aralarındaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır.
G= Gravitasyon sabitidir ve olarak kabul edilir.
Elektromanyetik Kuvvet
Elektrik yüklü cisimlerin birbirine uyguladıkları kuvvete elektromanyetik kuvvet denir. Kuvvetin büyüklüğü yük miktarı ile cisimler arası mesafeye bağlıdır.
Güçlü Nükleer Kuvvet (Çekirdek Kuvvetleri)
Atom çekirdeğinde bulunan proton ve nötronları (nükleonları) bir arada tutan kuvvete nükleer kuvvet denir. Etki alanı atomsal boyutlarda olsa dahi doğadaki en güçlü kuvvettir.
Zayıf Nükleer Kuvvet
Atom çekirdeğinin karasız olmasına sebep olan çok kısa menzilli kuvvettir. Etki ettiği parçacıklar bozunarak kendisine yakın başka parçacığa dönüşür.
Bileşke Kuvvet
Birden fazla kuvvetin etkisini tek başına yapan kuvvete bileşke kuvvet ya da net kuvvet denir. Bileşke kuvvet hesabında kuvvetin vektörel büyüklük olmasına dikkat edilir. Genellikle R veya ile gösterilir. Vektörlerde işlemler konusunda vektörel toplamaya göz atabilirsiniz.
Bileşke kuvvetler sıfır olduğunda yani tüm kuvvetlerin birbirinin etkisini ortadan kaldırdığı duruma dengelenmiş kuvvetler denir.()
Kuvvetlerin toplamı sıfırdan farklı ise yani kuvvetler birbirini dengelemiyor ise bu duruma dengelenmemiş kuvvetler denir.()
Newton’ın Hareket Yasaları
Kuvvet ve kuvvetle ilişkili durumlar ilk kez matematikçi Newton tarafından açıklanmıştır. Newton, kuvvet ve kuvvetin sebep olduğu ivme arasındaki ilişkiyi hareket kanunları olarak bilinen üç kanunla izah etmiştir.
Newton’ın Birinci Yasası (Eylemsizlik Yasası)
Birinci yasa, cisimler üzerine etki eden net kuvvet sıfır olduğu denge durumunu açıklar. Yasaya göre cisme etki eden kuvvetlerin bileşkesi () sıfır olduğunda cisim ya durur ya da sabit hızla hareket eder.
Eylemsizlik
Cisimlerin durgun ya da hareket hallerinde bir değişiklik olursa, cisimlerin bu değişikliğe karşı koyma eğilimine eylemsizlik denir. Araç fren yaptığında yolcuların öne doğru hareket etmesi eylemsizliğe örnektir.
Eylemsizlik sadece katı maddeler için değil tüm maddeler için geçerlidir. Her maddenin eylemsizliği vardır. Deniz taşıtları da eylemsizliği kullanarak limanlara yanaşma manevraları yapar.
Eylemsizlik cismin kütlesiyle doğru orantılı olarak artar. Örneğin; boş bir damacanayı dolu bir damacanadan daha rahat hareket ettirip durdurabiliriz.
Newton’ın İkinci Yasası (Dinamiğin Temel Prensibi)
İkinci yasa net kuvvetin sıfır olmadığı durumu açıklar. Bu yasaya göre bileşke kuvvet sıfır değil ise cisim ivmeli hareket eder.
Aynı cisme farklı kuvvetler uygulandığında oluşan ivmelerin değiştiği fakat kuvvetlerin ivmelere oranı daima sabit kaldığı görülmüş ve bu oranın cismin kütlesine eşit olduğu görülmüş. Buradan cismin ivmesinin kuvvet ile doğru, kütle ile ters orantılı olduğu keşfedilmiştir.
kuvvetinin m kütleli cisimde oluşturduğu ivme olsun ve kuvveti ise ivmesi oluştursun
Ağırlık ve Yer Çekimi İvmesi
): Bir gezegenin çekim alanı içinde bulunan bir cismin birim karesine uyguladığı çekim kuvvetine yer çekimi ivmesi denir.
- Vektörel bir büyüklüktür.
- ile gösterilir.
- Birimi N/kg’dır.
- Dünyada yaklaşık olarak 10 veya 10 N/kg’dır (aslında bu değer dünyanın merkezine olan uzaklığa göre değişir. Örneğin Everest tepesinde 9.774 iken kuzey kutbunda 9.832 dir)
Ağırlık bulmak için kütle (m) ile yer çekmi ivmesi ( ) çarpılır. Örneğin kütlesi 5 kg bir cismin formülünden ağırlığı 5.10=50 N bulunur.
Newton’ın Üçüncü Yasası (Etki-Tepki Yasası)
Üçüncü yasa birbiri ile etkileşim halinde olan cisimlerin durumunu açıklar. Bu yasaya göre iki cisim etkileşim halinde ise birbirine etkiyen kuvvetler eşit ve zıt yönlüdür.
Burada dikkat edilmesi gereken nokta etki ve tepki kuvvetleri aynı cisim üzerinde olmadığından bileşkesi alınamayacağıdır.
Etkileşen cisimler birbirine kuvvet uygular. Çekiç, çiviye kuvvet uygularken çivi de çekice tepki kuvveti uygular ve çekiç geri zıplama hareketi yapar. Bir cismi iterken veya duvara kuvvet uygularken elimizde hissettiğimiz kuvvet tepki kuvvetidir.